Автор: Адов В. А.
Источник: http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-teorii-vibratsionnogo-razdeleniya-materialov-na-vibrodeke-krivolineinoi-f.
Развитие технологии сухого обогащения углей является актуальной задачей в первую очередь для угольных районов Сибири и Якутии, где существует дефицит технологической воды и неблагоприятные климатические условия. В ряду «сухих» технологий главное место занимает способ пневматического обогащения, вообще не предполагающий использования технологической воды и устойчиво работающий при значительных отрицательных температурах. Перспективным путем повышения эффективности пневматического обогащения является применение способов вакуумно-пневматической сепарации, доказавших свою эффективность на различных типах углей. Принципиально важной для распространения данного способа задачей является совершенствование способов и аппаратов вакуумно-пневматической сепарации, обеспечивающее эффективную переработку угля трудной обогатимости.
Решение задачи повышения эффективности вакуумно-пневматического обогащения труднообогатимых углей возможно на основе применения нелинейных по скорости и направлению воздушных потоков, обеспечивающих максимальное использование различий в плотности разделяемых фракций.
Основной научной задачей при оптимизации процессов вакуумно-пневматической сепарации является установление закономерностей разделения угля и породных материалов отличающейся формы в неоднородных по скорости и направлению воздушных потоках, и их использование для определения оптимальной конструкции аппаратов и параметров процесса.
Методической основой для оптимизации режимов разделения минеральных фракций в процессах вакуумно-пневматической сепарации являются принципы и методы математического и физического моделирования движения фракций кусков различной плотности, крупности и формы при варьировании параметров рабочей зоны сепараторов и характеристик воздушных потоков.
Цель работы. Установление закономерностей разделения угля и породных минералов в неоднородных по скорости и направлению всасывающих воздушных потоках и их использование для повышения эффективности процесса вакуумно-пневматической сепарации.
Идея работы. Использование для процесса сепарации нелинейного всасывающего воздушного потока, обеспечивающих интенсивное взвешивание и удаление из обогащаемого материала крупных кусков угля, характеризующихся одинаковой «гидравлической» крупностью с кусками породных фракций.
Методы исследований. В работе использованы методы: математического моделирования траекторий движения зерен; тензометрического измерения скоростей воздушных потоков и сил лобового сопротивления; морфологического анализа формы зерен; лабораторных и полупромышленных исследований процесса пневматической сепарации; математической обработки эксперимента.
1. Разработана математическая модель процесса пневматической сепарации в неоднородном по скорости и направлению воздушном потоке, устанавливающая траектории движения и продолжительность нахождения в рабочей зоне сепаратора зерен различного размера и плотности. Впервые показано, что причиной снижения технологических показателей вакуумно-пневматической сепарации труднообогатимых углей является увеличение в 2,5-4 раза времени пребывания в рабочей зоне промпродуктовых фракций, затрудняющих процесс разделения и транспортирования фракций угля и породы.
2. Впервые установлено, что процесс сепарации в неоднородном по скорости и направлению всасывающем воздушном потоке при подаче исходного материала по плоской сетчатой поверхности характеризуется повышенной эффективностью разделения по плотности за счет увеличения на 7-15% скорости воздушного потока и силы лобового сопротивления крупных кусков угля относительно «равнопадаемых» кусков породы увеличивающимся по скорости потоком воздуха.
3. Научно обоснованы параметры конструкции вакуумно-пневматического сепаратора, сопло которого выполнено с поперечным щелевидным сечением шириной от 2,5 до 4 размеров максимального куска в исходном питании, а питающий транспортер выполнен в виде плоской сетчатой поверхности, за счет чего обеспечивается формирование в пространстве между соплом и транспортером нелинейного всасывающего воздушного потока с возрастающей в вертикальном направлении скоростью.
4. Предложен и обоснован новый параметр неоднородности формы угля, характеризующий влияние фактора формы зерен на показатели пневматического обогащения, рассчитываемый как сумма массовых долей фракции кусков угля с формой, близкой к сферичной, и фракции породных минералов с угловатой формой. Разработанный параметр использован для уточненного расчета границ крупности обогащаемых классов.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально измеренных значений параметров и показателей сепарации (коэффициент Ы2=0,85-0,99), соответствием результатов моделирования, лабораторных и опытно-промышленных испытаний, положительными результатами внедрения разработок в производство.
Научное значение заключается в установлении закономерностей разделения угля и породных минералов во всасывающем нелинейном воздушном потоке в процессе вакуумно-пневматической сепарации.
Практическое значение состоит в разработке усовершенствованной конструкции вакуумно-пневматического сепаратора и методики расчета границ крупности обогащаемых классов, обеспечивающих повышение эффективности процесса обогащения углей.
Реализация результатов работы. Разработанная конструкция вакуумно-пневматического сепаратора и методика расчета границ крупности обогащаемых классов испытаны и внедрены на разрезе «Бунгурский-Северный» с ожидаемым экономическим эффектом 6,21 млн. рублей в год за счет снижения зольности угольных концентратов на 0,9% и снижения потерь горючей массы на 0,6%.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008-2009), на международных научно-практических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, УГГА, 2008-2009), Международном конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2009), семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" (МГГУ, 2008-2009).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5-ти работах, в т.ч. в 3-х - из перечня ВАК.
1. Разработана методика моделирования и расчета показателей процесса пневматической сепарации в нелинейном по скорости и направлению воздушном потоке, устанавливающая для зерен различного размера и плотности траектории движения продолжительность их нахождения в рабочей зоне сепаратора.
2. Показано, что причиной снижения технологических показателей при вакуумно-пневматической сепарации труднообогатимых углей является накапливание и витание в рабочей зоне промпродуктовых фракций промежуточной гидравлической крупности, затрудняющих процесс разделения и транспортирования легкой фракции в приемник угольного концентрата.
3. Установлено, что процесс вакуумно-пневматической сепарации при его протекании во всасываемом нелинейном воздушном потоке при подаче исходного материала по плоской сетчатой поверхности характеризуется повышенной эффективностью разделения по плотности за счет более интенсивного (на 7-14%) втягивания крупных кусков угля относительно равнопадаемых кусков породных минералов увеличивающимся по скорости потоком воздуха.
4. Разработана усовершенствованная конструкция вакуумно-пневматического сепаратора, сопло которого имеет входное отверстие щелевидной формы с шириной от 2,5 до 4 диаметров максимальных кусков в исходном питании, обеспечивающая формирование в рабочей зоне между сетчатой поверхностью и соплом нелинейного воздушного потока с высоким градиентом скорости, чем обеспечивается эффективное разделение фракций угля и породы и разгрузка обогащенного угольного концентрата.
5. Предложен новый параметр неоднородности формы зерен, характеризующий обогатимость угля способом пневматической сепарации, рассчитываемый как сумма массовых долей фракции кусков угля с формой, близкой к сферичной и фракции породных минералов с угловатой формой. Разработанный параметр использован для расчета коэффициента формы в методике расчета границ крупности обогащаемых классов.
6. Разработанный вакуумно-пневматический сепаратор с нелинейным всасывающим потоком и методика расчета границ крупности обогащаемых классов испытаны и внедрены на разрезе «Бунгурский-Северный» с ожидаемым экономическим эффектом 6,21 млн. рублей в год за счет снижения зольности угольных концентратов на 0,9% и снижения потерь горючей массы на 0,6%.
В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки метода пневматического обогащения углей в нелинейных всасывающих воздушных потоках, обеспечивающего снижение зольности угольных концентратов и потерь угля с отходами обогащения.